(57)【要約】【課題】均一被覆が得られるサブマージアーク溶接法の提供。【解決手段】単数または複数の消耗電極ワイヤーすなわち電極コードを用い、サブマージアーク溶接法によって金属基体の表面を被覆する方法である。合金元素として１２〜３５重量％のＣｒを含む、予め合金化された、水によるアトマイズ金属粉末を、前記消耗電極ワイヤーすなわち電極コードの外側に磁気的に付着させて溶融浴に供給することを含み、前記金属基体がロールであることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数または複数の消耗電極ワイヤーすなわち電極コードを用い、サブマージアーク溶接法によって金属基体の表面を被覆する方法であり、
合金元素として１２〜３５重量％のＣｒを含む、予め合金化された、水によるアトマイズ金属粉末を、前記消耗電極ワイヤーすなわち電極コードの外側に磁気的に付着させて溶融浴に供給することを含み、前記金属基体がロールであることを特徴とする金属基体の表面被覆方法。
【請求項２】
前記金属粉末が鉄基粉末であることを特徴とする請求項１に記載された金属基体の表面被覆方法。
【請求項３】
電極金属が、合金化されていない鉄であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された金属基体の表面被覆方法。
【請求項４】
Ｃｒ以外の前記合金元素がＮｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｃ、Ｃｏ、ＴｉおよびＷから成る群から選ばれることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された金属基体の表面被覆方法。
【請求項５】
Ｃｒ以外の前記合金元素が、５０重量％以下（ゼロ％を除く）のＮｉ、３５重量％以下（ゼロ％を除く）のＭｏ、１５重量％以下（ゼロ％を除く）のＭｎ、１７重量％以下（ゼロ％を除く）のＶ、１５重量％以下（ゼロ％を除く）のＮｂ、５重量％以下（ゼロ％を除く）のＳｉ、０．８重量％以下（ゼロ％を除く）のＮ、８重量％以下（ゼロ％を除く）のＣ、５５重量％以下（ゼロ％を除く）のＣｏ、１５重量％以下（ゼロ％を除く）のＴｉ、および、６５重量％以下（ゼロ％を除く）のＷのうちの少なくとも１種であることを特徴とする請求項４に記載された金属基体の表面被覆方法。
【請求項６】
前記金属粉末が、１２〜３５重量％のＣｒ、２５重量％未満のＮｉ、１５重量％未満のＭｏ、０．０５〜１５重量％のＭｎ、８重量％以下のＶ、８重量％以下のＮｂ、１０．０重量％以下のＳｉ、０．５重量％未満のＮ、０．００５〜５重量％のＣ、５５重量％以下のＣｏ、１５％以下のＴｉ、および、６５％以下のＷを含む鉄基粉末で構成されていることを特徴とする請求項４に記載された金属基体の表面被覆方法。
【請求項７】
粉末が、２０〜３４重量％のＣｒ、０〜１８重量％のＮｉ、０．５〜８重量％のＭｏ、０．１〜５重量％のＭｎ、０．１〜２．０重量％のＶ、０．１〜２．０重量％のＮｂ、０．０５〜３．０重量％のＳｉ、０．００５〜０．４重量％のＮ、および、０．００５〜０．８重量％のＣを含んで成る鉄基粉末で構成されていることを特徴とする請求項６に記載された金属基体の表面被覆方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサブマージアーク溶接による、金属基体の表面被覆方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サブマージアーク溶接法は周知であり、その原理は、例えば溶接ハンドブックＮｏ．２、第４版（１９５８年）の第２８章、第２節の溶接方法に記載されており、その記載内容を本明細書の記載として援用する。
【０００３】
現在、サブマージアーク溶接法は溶接および表面被覆に非常にかなった方法であると考えられている。この方法は非常に合理的ではあるが、その生産性を高めることに関心が持たれている。生産性を高める１つの方法は、大電流と組み合わされたマルチワイヤー方式を使用することである。他の方法は、全溶接工程の間、注意深く測定した量の金属粉末を溶接結合部に加えることである。この金属粉末は、粉末が給送フラックスおよび電極ワイヤーより前方に供給されることを意味する「前方供給（フォワードフィード）」によって加えてもよく、また、粉末が磁気的に電極ワイヤー（単数または複数）に付着されることを意味する「直接供給（ダイレクトフィード）」によって加えてもよい。現在広く使用されている金属粉末は本質的に合金化されていない粉末であるが、最終的に形成される結合部に望まれる元素およびその組成は、多量の合金元素を含む電極ワイヤー（単数または複数）すなわち電極コード（単数または複数）によって決まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第２８１００６３号明細書
【特許文献２】米国特許第２１９１４７１号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】溶接ハンドブックＮｏ．２、第４版（１９５８年）、第２８章、第２節の溶接方法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明によれば、非合金または低合金金属から成る少なくとも１つの溶融電極ワイヤーすなわちコードと組み合わせて、多量の合金元素を含む予め合金化されたアトマイズ金属粉末を使用することにより、サブマージアーク溶接法を改良できることが見い出された。この粉末は予め合金化されている必要があり、さもなければ均一な被覆が得られない。他の重要な特徴は、この粉末がサブマージアーク溶接法に使用される電極ワイヤーの外側、または電極ワイヤーから離して、与えられるということである。
【０００７】
特に重要な利点は、硬さ、強度、耐酸化性、および耐摩耗性を向上させるために被覆しなければならない低合金鋼基体のような金属基体の表面被覆に本発明の方法を適用するときに得られる。現在一般に採用されている被覆方法の問題点は、生産性が低いこと、および金属基体表面の希釈（ｄｉｌｕｔｉｏｎ）が比較的高いことに関係する。この高い希釈の結果、所望の組成および特性の被覆を得るために幾層もの多量の合金材料が必要とされる。簡単に言うと、このことは、現在一般に使用されている方法によって得られる被覆された基体が高価になること、およびその生産性が低いことを意味する。
【０００８】
特許文献１は、サブマージアーク溶接に金属粉末が使用される方法を開示している。この特許で特に使用されている粉末は、軟鉄粉末および珪酸ナトリウムと共にフェロクロム、フェロマンガン、およびフェロモリブデンを含んでいる。この特許の顕著な特徴は、電極ロッドすなわちワイヤーと磁気的に組み合わされる合金元素を作るために不可欠な鉄粉末の存在である。しかしながら、粉末混合材のさまざまな成分は容易に偏在するので、それらの粉末によって得られる表面被覆の均一性に問題が生じる。
【０００９】
高度の均一性が要求される工業的用途で該特許方法を許容できないものにするこの欠点は、本発明による予め合金化された金属粉末を使用することで回避できる。
【００１０】
特許文献１に記載された方法と類似する方法が特許文献２に開示されている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による予め合金化された粉末を使用することにより、極めて均一な組織が得られるばかりでなく、マイクロ組織が微細化されることが判った。したがって被覆に微小割れの生じる危険性が減少し、強度が高まる。予め合金化された粉末を別途供給する（すなわち、粉末をフォワードフィードする）ことにより、または電極面の外側に供給する（すなわち、電極（単数または複数）の外側に磁気的に付着させて粉末を供給する）ことにより、溶融した基体表面が効率よく冷却され、溶融浴を減少できる。溶融電極ワイヤーすなわちコードに合金元素の大部分が含まれる場合と同程度に合金元素は希釈されないという事実により、高価な合金元素の量を減少させることができる。付加的な利点は表面処理速度すなわち被覆速度を高めることができることである。したがって被覆すべき所望面積部分に関して、オープンアーク方法が使用される場合よりも生産性が３倍高いことが見い出された。従来のサブマージアーク溶接法（すなわち、電極材料が比較的高合金化され、金属粉末が実質的に合金化されていない場合）と比較して、本発明は約５０％の向上を与える。
【００１２】
金属粉末の種類および量は、粉末が電極ワイヤーと組み合って基体の所望被覆組成を与えるように選ばれる。粉末は、磁性または非磁性の粉末であってよく、購入可能なさまざまな粉末から選ぶことができる。粉末が磁性であれば、その粉末は（磁性の）電極ワイヤーと共にその表面に付着して給送すなわち移送できる。磁性粉末は被覆ロールにとって特に好ましい。非磁性であるならば、その金属粉末は基体上の溶融浴に直接またはその前方に供給される。
【００１３】
必須の特徴は、その粉末が予め合金化されており、また多量の合金元素を含むことであり、この文脈において、粉末の合金元素はワイヤーの合金元素よりも多いことを意味する。合金元素の量は有効となるために粉末の少なくとも２重量％でなければならない。金属粉末の合金元素の量、ならびに金属粉末および電極ワイヤーの給送量は、基体の最終被覆に望まれる組成に鑑みて選ばれる。粉末給送量は、通常、全溶加材すなわち粉末金属およびワイヤー金属の３０％〜８０％の範囲である。気体または水による、予め合金化されたアトマイズ粉末によって、高い精度の被覆組成を得ることができる。
【００１４】
鉄基粉末に含まれる適当な合金元素の例はＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｃ、Ｃｏ、ＴｉおよびＷである。
【００１５】
かくして、本発明によれば、単数または複数の消耗電極ワイヤーすなわち電極コードを用いたサブマージアーク溶接法による、以下の金属基体表面被覆方法が提供される。少なくとも２重量％の合金元素を含む、予め合金化された、気体または水によるアトマイズ金属粉末を、前記消耗電極ワイヤーすなわち電極コードの外側に磁気的に付着させて溶融浴に供給することを含む金属基体の表面被覆方法。
【００１６】
本発明による表面被覆方法で用いる金属粉末として好適な鉄基合金粉末の例は、実質的に、鉄と、５５重量％以下（ゼロ％を除く）のＣｒ、５０重量％以下（ゼロ％を除く）のＮｉ、３５重量％以下（ゼロ％を除く）のＭｏ、１５重量％以下（ゼロ％を除く）のＭｎ、１７重量％以下（ゼロ％を除く）のＶ、１５重量％以下（ゼロ％を除く）のＮｂ、５重量％以下（ゼロ％を除く）のＳｉ、０．８重量％以下（ゼロ％を除く）のＮ、８重量％以下（ゼロ％を除く）のＣ、５５重量％以下（ゼロ％を除く）のＣｏ、１５重量％以下（ゼロ％を除く）のＴｉ、および、６５重量％以下（ゼロ％を除く）のＷから選ばれる少なくとも１種の合金元素とから成る粉末である。
【００１７】
合金元素の好ましい量は、１２〜３５重量％のＣｒ、２５重量％未満のＮｉ、１５重量％未満のＭｏ、０．０５〜１５重量％のＭｎ、０〜８重量％のＶ、０〜８重量％のＮｂ、０〜１０．０重量％のＳｉ、０．５重量％未満のＮ、および０．００５〜５重量％のＣである。
【００１８】
特にこの粉末は、２０〜３４重量％のＣｒ、０〜１８重量％のＮｉ、０．５〜８重量％のＭｏ、０．１〜５重量％のＭｎ、０．１〜２．０重量％のＶ、０．１〜２．０重量％のＮｂ、０．０５〜３．０重量％のＳｉ、０．００５〜０．４重量％のＮ、および０．００５〜０．８重量％のＣを含むことができる。
【００１９】
本発明で有用な他の関心の持たれる粉末組成は０〜４０重量％のＣｏ、７〜１７重量％のＷ、５〜１５重量％のＭｏ、０．０５〜２．５重量％のＭｎ、１〜６重量％のＶ、０．０５〜２．５重量％のＳｉ、０．４０重量％未満のＮ、および１〜４．０重量％のＣを含む鉄基粉末である。
【００２０】
本発明によれば、溶融電極ワイヤーの主目的は金属粉末および基体表面を溶融させる上で十分な熱を与えることである。特別な利点は、異なる合金元素を有するさまざまな種類の金属粉末と組み合わされるならば、同じ電極ワイヤーを異なる種類の被覆に対して使用できることである。
【００２１】
鉄基の場合、電極ワイヤーはＤＩＮ８５５７規格によるＳ１またはＳ２のような合金化されていないかまたは低合金の電極ワイヤーであってよい。しかしながら、金属コードおよびフラックスコード電極、すなわち中空電極を含んで成る合金化されていないかまたは低合金の電極ワイヤーの全てを本発明で使用できる。
【００２２】
上述の電極ワイヤーと金属粉末を組み合わせて使用することにより、従来の被覆方法に比して、同じ時間長に多量の被覆材料を金属基体上に付与することができる。他の利点は、薄い被覆で正しい表面被覆を得ることができることであり、これは高価な被覆材料についてかなりの節約をできることを意味する。
【００２３】
本発明によれば、粉末に対する電極ワイヤーの比率は２．３３〜０．２５の範囲で好ましく変化させることができる。１．５未満であるのが最も好ましい。
【００２４】
金属基体は実質的にあらゆる形状であってよく、また本発明の被覆方法は実行上の考慮によってのみ制限される。典型的な基体は低合金鋼または工具鋼であり、すなわちその基体の化学組成は広い範囲で変えることができる。
【００２５】
本発明方法では、合金元素を含まないフラックスを用いることが好ましい。
本発明はさらに以下の例によって説明される。
【実施例】
【００２６】
例  １
基体：周速２１ｃｍ／分のロール（直径２２７ｍｍ、長さ３０５ｍｍ）。
電源：６５０Ａ、３２．２Ｖ
ツインアーク：スウェーデンのＥＳＡＢ  ＡＢ社から購入できる「ＯＫ  １２２０  Ｓ２、直径２．５ｍｍ」。
金属粉末Ｘ：３４５−４
フラックス：合金元素を含まない。
１５．０のｋｇ／時間の割合で表に示された組成を有する予め合金化されたアトマイズ磁性鉄粉末を付与し、また９．５ｋｇ／時間の割合でワイヤーを付与することにより、要求組成を有する最終３ｍｍ被覆が得られた。これは所望の被覆が２４．５ｋｇ／時間の割合で形成されることを意味する。粉末は電極ワイヤーの外面に磁気的に付着された。被覆幅はこの場合は５５ｍｍであった。この割合は、金属粉末の外部的な給送が行われず、ストリップ、ワイヤーなどの形状をした高合金被覆材料を使用したサブマージアーク溶接法に似た従来の被覆方法と比較されるべきである。溶融された基体材料が多量であるため、周知のサブマージアーク溶接法によれば、約１０ｋｇ／時間の被覆材料だけしか基体表面に導かれず、高希釈であるために、要求された表面被覆組成が得られるまで幾層もの被覆を形成しなければならなかった。
【００２７】
次の表１は要求された被覆、ワイヤーおよび金属粉末の組成、およびロールから得た切断片の最終組成を示している。
【表１】
2010017766.tif 000002
【００２８】
例  ２
例１の方法がＮ合金粉末によって繰り返された。この例では、所望の被覆を得るために、粉末１３．８ｋｇ／時間、およびワイヤー９．５ｋｇ／時間の給送が必要であった。この結果は次の表２に示されている。
【００２９】
【表２】
2010017766.tif 000003
【００３０】
例  ３
例１の方法が表３の組成を有する磁性合金粉末によって繰り返された。この例では、直径４．０ｍｍの単一アークＳ２が使用された。
粉末８ｋｇ／時間がダイレクトフィード、すなわち電極外側に磁気的に付着されて基体プレートに給送され、また粉末８．４ｋｇ／時間が基体プレートに対してフォワードフィードされた。
ワイヤー給送はダイレクトフィードおよびフォワードフィードのいずれについても８ｋｇ／時間であった。
この結果は次の表３に示されている。
【００３１】
【表３】
2010017766.tif 000004
１）  粉末は電極外側に付与された。
２）  フォワードフィードで行われた。